Blue Brain descubre un universo de múltiples dimensiones en el cerebro

Se ha logrado gracias a incorporar la matemática topológica a su estudio

Juan Scaliter - 12/06/2017

Si un universo en 4 dimensiones ya conforma el límite de lo que podemos entender, aquellos que agregan una, dos y hasta tres veces más, escapan por completo a nuestra imaginación. En el marco del Blue Brain Project, un equipo de científicos ha incorporado la topología algebraica al estudio del cerebro y ha descubierto que nuestra mente alberga muchas más dimensiones de lo que podemos imaginar: hasta once. Pero vamos por pasos.
La topología es una rama de la matemáticas que, con permiso de sus expertos, se podría describir en términos llanos como la ciencia de materiales aplicada a las matemáticas: los topólogos analizan las propiedades de diferentes cuerpos y espacios y, para hacerlo más complejo aún, le suman teoría de conjuntos, estudiando también los sistemas en uniones e intersecciones. Y todo ello en múltiples dimensiones. Precisamente esta fue la rama de las matemáticas que se incorporó al estudio del cerebro de la mano de Kathryn Hess y Ran Levi.
Gracias a ellos, los expertos han descubierto un universo de estructuras y espacios geométricos multidimensionales dentro de las redes del cerebro.
La investigación, publicada en Frontiers in Computational Neuroscience, muestra que estas estructuras surgen cuando un grupo de neuronas forma un grupo y se conecta a todos sus miembros de un modo muy específico, produciendo una forma geométrica distintiva. Cuantas más neuronas hay en uno de estos grupos, mayor es la dimensión del objeto geométrico.

“Encontramos un universo que nunca habíamos imaginado – explica Henry Markram, director del Blue Brain Project – hay decenas de millones de estos objetos incluso en una pequeña partícula del cerebro. Hasta siete dimensiones, y en algunas redes incluso encontramos estructuras de hasta once dimensiones”.
Markram sugiere que esto puede explicar por qué ha sido tan difícil de entender el cerebro. "Las matemáticas que usualmente se aplican a las redes de estudio no pueden detectar las estructuras y los espacios de alta dimensión que ahora vemos claramente".

Cuando los investigadores presentaron el tejido cerebral virtual con un estímulo, los grupos de neuronas comenzaron a interactuar formando estructuras cada vez más complejas, encerrando agujeros de muchas dimensiones, que los investigadores denominan cavidades. “La aparición de cavidades de alta dimensionalidad cuando el cerebro procesa información – añade Levi – significa que las neuronas de la red reaccionan a los estímulos de una manera extremadamente organizada. Es como si el cerebro respondiera a un estímulo construyendo objetos geométricos cada vez más complejos desde una dimensión en adelante. Como un castillo de arena que va creciendo en complejidad”.
La gran pregunta que estos investigadores están haciendo ahora es si la complejidad de las tareas que podemos realizar depende de la complejidad de los "castillos de arena" que el cerebro puede construir. La neurociencia también ha estado luchando por encontrar dónde el cerebro almacena sus recuerdos. Una posibilidad es, según Markram, que estén escondidos en estas cavidades. 

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